Maximus ®
Вольный стрелок
Uploader 100+
Стаж: 19 лет 3 мес.
Сообщений: 6252
Ratio: 25.214
Поблагодарили: 13379
100%
|
На протяжении столетий физики считали, что лёд тает на скользких поверхностях под воздействием температуры, давления и трения. Однако исследовательская группа под руководством Мартина Мюзера, профессора моделирования материалов Саарского университета, доказала ошибочность этого давнего убеждения. Используя передовые методы компьютерного моделирования, группа обнаружила, что молекулярные диполи — крошечные заряженные области внутри молекул — играют решающую роль в разрушении кристаллической структуры льда.
Их выводы были опубликованы в престижном журнале Physical Review Letters.
Уже более ста лет школьники по всему миру знают, что лёд тает под действием давления и трения. Выходя зимой на обледеневший тротуар, можно поскользнуться из-за давления веса тела на подошву (ещё тёплой) обуви. Но оказывается, это объяснение не соответствует действительности. Новое исследование, проведённое в Саарландском университете, показывает, что лёд становится скользким не из-за давления или трения, а из-за взаимодействия молекулярных диполей во льду с молекулярными диполями на контактирующей поверхности, например, в подошве обуви.
Это открытие профессора Мюзера и его коллег Ашрафа Атилы и Сергея Сухомлинова переворачивает парадигму, созданную почти два столетия назад братом лорда Кельвина Джеймсом Томпсоном, который предположил, что давление и трение способствуют таянию льда наряду с температурой.
«Оказывается, ни давление, ни трение не играют существенной роли в формировании тонкого слоя жидкости на льду», — объясняет Мартин Мюзер. Вместо этого компьютерное моделирование, проведённое группой, показывает, что молекулярные диполи являются ключевыми факторами, обуславливающими образование этого скользкого слоя, из-за которого мы так часто теряем равновесие зимой. Но что же такое диполь? Молекулярный диполь возникает, когда молекула имеет области частично положительного и частично отрицательного зарядов, что придаёт молекуле общую полярность, направленную в определённом направлении.
Чтобы лучше понять, что происходит, полезно узнать, как устроен лёд. При температуре ниже нуля градусов Цельсия молекулы воды (H₂O) выстраиваются в высокоупорядоченную кристаллическую решётку, в которой все молекулы аккуратно выстроены друг относительно друга, создавая твёрдую кристаллическую структуру. Когда кто-то наступает на эту упорядоченную структуру, верхний слой молекул разрушается не из-за давления или трения обуви, а из-за ориентации диполей в подошве обуви, взаимодействующих с диполями во льду. Ранее упорядоченная структура внезапно становится неупорядоченной.
«В трёх измерениях эти диполь-дипольные взаимодействия становятся „фрустированными“», — говорит Мюзер, имея в виду физическую концепцию, согласно которой конкурирующие силы препятствуют достижению системой полностью упорядоченной стабильной конфигурации. На микроскопическом уровне силы между диполями во льду и в материале подошвы обуви нарушают упорядоченную кристаллическую структуру на границе раздела льда и обуви, в результате чего лёд становится неупорядоченным, аморфным и, в конечном итоге, жидким.
Исследование группы не только опровергает почти 200-летние устоявшиеся представления, но и развенчивает ещё одно заблуждение. «До сих пор считалось, что катание на лыжах при температуре ниже –40 °C невозможно, потому что под лыжами просто слишком холодно для образования тонкой смазывающей плёнки. Оказывается, и это неверно», – объясняет профессор Мюзер.
«Дипольные взаимодействия сохраняются при экстремально низких температурах. Примечательно, что на границе льда и лыж всё ещё образуется жидкая плёнка — даже при температуре, близкой к абсолютному нулю», — говорит Мюзер. Однако при таких низких температурах эта плёнка вязче мёда. Мы бы вряд ли узнали в ней воду, и катание на лыжах по ней было бы практически невозможно, — но она, тем не менее, существует. Источник |
_________________
Миром правит не тайная ложа, а явная лажа. © В. Пелевин.
|
|
